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手持式三维扫描仪助力文物修复 感受“科技＋”神奇魅力

三维扫描仪主要应用于记录文物的形状、表面纹饰等信息。而需要真实还原文物色彩的文物，则进行近景摄影测量，多数情况下需二者结合应用。建立文物三维模型后，用模型处理软件提取文物纹饰等信息，并采用逆向工程技术制作出文物缺失部分，可以对缺失部分进行虚拟复原。通过扫描文物建立三维模型，还能提取铭文信息并制作数字拓片，更利于保护文物。

手握“手持式三维扫描仪”，对着座椅上小朋友伸出的胳膊慢慢移动，在不同角度扫描，连线的计算机上就会实时显现出“绿色”的、“蓝色”的胳膊……这是近日在陕西历史博物馆文物修复室里看到的一幕。该馆在“文物修复季特展”第三季推出“孰制匠之——三维技术在文物保护中的应用”展，向公众展示如何将文物“搬”到电脑里，再用3D打印机打印出来。观众可以近距离体验文物的三维信息采集、模型处理、3D打印等程序，感受 “科技 ”文物修复的神奇魅力。

西安火伴艺术文化科技有限公司总经理韩博介绍说：“电脑里显示的绿色，是正采集的数据，蓝色是已经产生的数据，紫色表示已经偏离了位置。”现场几名幸运观众纷纷上前体验，“手或胳膊悬在空中，要稳定住姿势，不能晃动，”韩博一边“这3类产品目前已实现工业化操作一边介绍，“用这个 ‘手持扫描仪’扫描人手和人脸，要保持一个距离，人要缓慢地移动……”

文保修复，三维扫描仪显神奇

看到，展示现场除手持式三维扫描仪外，还有结构光和激光式两种固定式三维扫描仪，一台3D打印机正在工作。这是使用以光敏树脂为原材料的Objet3D打印机，层层固化输出文物模型。手持式扫描仪便于操作，可快速获取三维模型，但精度低，相较而言固定式扫描仪精度就很高。据介绍，结构光三维扫描仪适用于金银器、玉器和佛像等类文物，激光式三维扫描仪适用于陶器、石刻、木器等类文物。

工作台上展示着提梁卣和一件青铜器的树脂模型和复仿制品，墙上贴有12组罗汉木雕的模型照片，白色的是 “灰模”，彩色的是渲染好的建模。灰模通过拍照生成照片叠加建立，建模则是通过结构光三维扫描仪扫描后获取。文物修复师白璐说，手持式扫描仪和固定式扫描仪建立起来的都是白色的灰模，是不带色彩的。

工作台上，一个自动圆盘在缓慢转动，上面是一件明代的罗汉木雕，两架摄像仪正对着它拍摄。摄像仪可以调整高度拍摄，也可让罗汉趴下或躺着拍。

白璐告诉，“这是一种建模的过程，自动转盘跟摄像仪连在一起，当转盘转动一周时，摄像仪会以每秒固定频率的方式拍照，可收集三四百幅照片，电脑会将这些照片叠加处理后自动生成一个带彩色的模型（建模）。”

“这个通过摄像仪和图片叠压方式建的模型，本身带有原来的色彩，甚至文物表面原有的病害和缺失也不需要进行贴图和渲染。这是更加广泛应用的一种建模方式。”她说。

关于如何才能让那些灰模带上颜色，白璐介绍：“灰模施彩有两种方式，一是现有的素材包赋予模型色彩。馆里现有紫檀、黄花装饰材料梨、石材、玉石、金、银素材包。二是对精度高的文物，先把文物信息拍摄下来，再把这些照片通过手动操作方式，通过贴图贴在模型上。

但是几百张照片叠加自动处理后，还不能直接打印，白璐说：“目前该技术还需要完善，比如说电脑自动处理，格尔木某些照不到角的会有一些缺失，或者说在这个地方重叠会有一些问题，就要在电脑里手动调整，然后才能打印完善的模型。”

对此韩博也告诉，扫描一件提梁卣，大概需要3小哈密时左右，“打印的时间要看精度，精度很高的可能需要一天时间。还涉及到材质和层厚，层高是一个关键因素。像提梁卣这么高的东西，它的材料是一层层堆叠起来的，可以分成10000层、5000层去打。”

为文物留下高精度数字化档案

传统的文物档案很难将文物的细节和色彩完整保存下来。为保护文物，又不能对文物进行接触性的研究和复制。与普通的平面扫描或相机拍照相比，三维扫描仪准确、快速，并有多角度、精细化的特点，可以将真实世界中物体的三维信息更加完整地采集到计算机内得Ak/F=ak,其单位为焦耳／厘米2(J/cm 2)。韩博说，新技术让文物修复工作如虎添翼，以往修复师需要花费10天时间建造模型，现在靠三维扫描技术1天就可完成。

三维扫描技术、3D打印技术是文物数据采集和修复的新手段，通过三维数字化技术手段，在不对文物造成损伤和破坏的情况下，能够将采集到的文物信息转换为数据模型，更准确、更完整地为文物留下高精度的永久数字化档案，通过快速获取物体三维几何数据，与逆向工程技术结合，完成对文物的虚拟修复。

陕西历史博物馆自2011年引入三维扫描与3D打印技术至今，一直在尝试从文物实体修国内汽车轻量化铝合金材料的相干技术研发复到虚拟修复、从文物水晶内雕实体翻模到利用模型翻模等工作，致力于将三维扫描技术与传统修复工艺结合起来。获悉，该馆运用三维技术，已对罗汉、鎏金铜蚕、龙纹空心砖、白瓷杯、青铜簋、提梁卣和明代罗汉木雕塑等文物，进行了信息提取、三维打印、虚拟修复和复仿制，并获取了四臂观音、龙纹空心砖、三足壶、宰兽簋盖铭文等数字拓片。

今年以来，陕西历史博物馆开展了“文物保护修复季”展览工作，通过书画、金属、陶瓷、杂项4个单元，向观众展示不同类别、不同材质文物的修复过程，把文物保护的理念、过程展示给观众，让观众通过精细的文物修复方法和技艺，感受文物保护修复的艰辛与匠心，让文物“活”起来、“动”起来、“亮”起来。